JPH04137440A - 電子線発生装置及びそれを用いた画像形成装置と記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、画像形成装置等を構成する電子線発生装置に
関するものである。

［従来の技術］ 従来より、簡単な構造で電子の放出が得られる素子とし
ては、例えば［ラジオ・エンジニアリング・エレクトロ
ン・フィジイックス（Ｒａｄｉ。

Ｅｎｇ、Ｅｌｅｃｔｒｏｎ、Ｐｈｙｓ、）Ｊ　１９６５
年刊、第１０巻１２９０〜１２９６頁に記載されたエリ
ンソン（Ｍ、１．Ｅｌｉｎｓｏｎ）等による冷陰極素子
が知られている。

これは、基板上に形成された小面積の薄膜に、膜面に平
行に電流を流すことにより、電子放出が生ずる現象を利
用するもので、一般には表面伝導形放出素子と呼ばれて
いる。

この表面伝導形放出素子としては、前記エリンソン等に
より開発されたＳｎＯ□　（Ｓｂ）薄膜を用いたものや
、「スイン・ソリッド・フィルムス（Ｔｈｉｎ　　５ｏ
ｌｉｄ　　Ｆ　　ｉ　　１　　ｍ　　ｓ　　）　　Ｊ１
９７２年刊第９巻３１７頁にディトマー（Ｇ。

Ｄｉｔｔｍｅｒ）により発表されたＡｕ薄膜によるもの
や、「アイ・イー・イー・イー技報（ＩＥＥＥ　　Ｔｒ
ａｎｓ、ＥＤ　　Ｃｏｎｆ、）Ｊ１９７５年版５１９頁
でハートウェル（Ｍ。

Ｈａｒｔｗｅｌｌ）及びフォンスタッド（Ｃ。

Ｇ、Ｆｏｎｓｔａｄ）共著になるＩＴＯ薄膜によるもの
や、「真空４１９８３年刊第２６巻第１号２２頁に荒木
久他で発表されたカーボン薄膜によるものなどが報告さ
れている。

これらの表面伝導形放出素子の典型的な素子構成を第１
１図に示す。第１１図において、１及び２は電気的接続
を得る為の素子電極、１５は導電性材料で形成される薄
膜、６は絶縁性基板、４は電子放出部を示す。また、一
般に、表面伝導形電子放出素子とは、上記素子電極１，
２の間隔が０．０１μｍ〜１００μｍ、上記電子放出部
４の比抵抗が１０”Ω／四〜１０９Ω／口のものをいう
。

従来、これらの表面伝導形放ａ素子に於ては、電子放出
を行なう前にあらかじめフォーミングと呼ばれる通電加
熱処理によって電子放出部を形成する。即ち、前記電極
１と電極２の間に電圧を印加する事により、導電性薄膜
１５に通電し、これにより発生するジュール熱で導電性
薄膜１５を局所的に破壊、変形もしくは変質せしめ、電
気的に高抵抗な状態にした電子放出部４を形成すること
により電子放出機能を得ている。

さらに、上記素子の電子放出の放射特性、すなわち放出
された電子の広がる面積を目視で測定できる様に上記素
子上に、蛍光体の塗布された基板を用いており、図中１
３は蛍光体基板（後述のフェースプレート）、１４は放
出電子により発光した発光部（後述の輝点）である。

上記素子の電子放出の放射特性は、上記素子から数ｍｍ
程度離れた空間に、蛍光体基板１３を配置し、数百■か
ら数千■の電圧を印加し、前記電極１と電極２の間に駆
動電圧を印加し、電子放出させると、発光部１４は蛍光
体基板１３上に第１図に示す如く、細長い形を示す。

従来、上記素子の電子放出部を直線的にライン状に規則
正しく配置し、ライン状に並んだ点発光の発光部を形成
して画像形成装置を構成していた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の電子放出素子の場合、放出素子の
形成されている絶縁基板の電位が不安定である為、放出
された電子ビームの軌道がその影響により不安定になる
という問題を生じていた。

そのため、この電子放出素子を使用した画像形成装置に
おいては発光部の形状が変化し、表示画像の品位が低下
してはなはだ不都合であった。

この様な不都合は、表面伝導形放８素子を表示装置に応
用する場合だけに限らず、絶縁基板上に形成された電子
放出素子を電子源とする電子線発生装置では一般に発生
する問題であった。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は上記課
題を解決し、安定した電子ビームを放出しつる電子線発
生装置である。

本発明の電子線発生装置の特徴は、電子放出素子と変調
電極が絶縁層を介して積層されており、かつ変調電極が
非対称形となっていることである。

更に本発明を、本発明の一実施例に対応する第１図及び
第２図で説明すると、例えば表面伝導形の電子放出素子
の場合には、変調電極３の上に絶縁層７を介してこの電
子放出素子を積層することができる。この場合、変調電
極３の形状を、電子放出部４を中心にして対称形とする
と、電子放出部４の外側近傍上部においては電界は一様
である。

上記変調電極３に、例えば図示されるような三周状の穴
を電子ビーム整流用の制御部５として設け、変調電極３
の形状を非対称形にすると、上記電界が変化する。

放出される電子の方向は、電界によって決定されるが、
この方向は電子放出部４に対し必ずしも垂直ではない。

そこで上記制御部５で変調電極３を非対称形とし、電子
放出部４の外側近傍上部の電界を変化させることにより
、電子ビームを有益にコントロールすることができる。

制御部５は、第１図及び第２図に示されるような穴の他
、切り欠き、更には第４図及び第５図に示されるような
突出部として形成することができる。これらの制御部５
の形成位置は、電子放出部４の外側近傍上部の電界を変
化させることができるよう、電子放出部４及び素子電極
１，２と上下方向に重ならない位置である。

本発明において、変調電極３を非対称にするとは、電子
放出部４及び素子電極１，２と上下方向に重ならない範
囲の変調電極３の形状、面積、位置の−もしくは二辺上
を、電子放出部４を中心に左右異なるものとすれば足る
。従って、上記制御部５の形成の他、変調電極３として
全体形状、大きさ、位置がもともと左右異なるものを用
いることによって非対称形とすることもできる。例えば
対称でない位置に変調電極３を設けたり、素子電極１．
２の周囲の一部にのみ変調電極３を設けて非対称形とす
ることもできる。

本発明で用いる電子放出素子としては、変調電極３の上
に絶縁層７を介して積層し得るものであればどのような
ものでもよ（、前記表面伝導形の電子放出素子の他、従
来公知の半導体素子やＭＩＭ型素子等であってもよい。

但し、上記の中でも表面伝導形の電子放出素子を用いる
と、 ■）−層高い電子放出効率が得られる、２）構造が簡単
であるため、製造が容易である、 ３）同一基板上に高密度に多数の素子を配列形成できる
、 ４）応答速度が速い、 ５）表示装置に用いたときの輝度コントラストが一層優
れている、 等の利点が得られるので特に好ましい。また、表面伝導
形の電子放出素子としては、前述したものの他、その電
子放出部４が、分散塗布された金属微粒子によって形成
されているものでもよい。

変調電極３を非対称形にする方法としては、当初より非
対称形に変調電極３を形成しても、−旦対称形に形成し
た後入の形成等によって非対称形にする方法でもよい。

本発明の電子放出素子の素材及び製造方法は一切限定さ
れない。従来の素子に制御電極３を設け、これに例えば
第２．５図に示したような制御部５を設けるなどしてそ
の形状等に手を加えるだけで良い。

本発明における変調電極３とは、情報信号に応じて電圧
を印加することにより電子放出素子から放出される電子
ビームのＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御をする為の電極であり、
導電性材料であればいかなる材料から形成されていても
良い。またその製法に関しても何ら制限はな（、後述の
一般的なフォトリソグラフィーのみならずスクリーン印
刷、メツキ等でもかまわない。

［実施例］ 実施例１ 第１図及び第２図に示す本発明の一実施例に係る電子線
発生装置を下記の要領で作製した。

図中１，２は素子電極、３は変調電極、４は電子放出部
、５は制御部、６は絶縁性基板、７は絶縁層である。

先ず絶縁性基板６である石英ガラス（コーニング社製）
を中性洗剤によるこすり洗い、有機溶剤による超音波洗
浄等十分に洗浄した後、ホトリソグラフィー技術により
レジストパターンを形成した。

次に抵抗加熱法により、密着性向上のための下引き材で
ある５０人入金Ｔｉと、変調電極３の材である９５０人
厚０合ｉをレジストパターン上に全面に蒸着した後、リ
フトオフ法により第２図に示す制御部５を有する変調電
極３のパターンを形成した。

次にスパッタ法により絶縁体である５ｉｎ２を必要部に
１．５μｍ厚でマスクデポジションした。その後変調電
極３のパターン形成法と同様の方法にて素子電極１，２
のパターンを形成した。

この時の素子電極１，２の幅は全て１５μｍ、電極ギャ
ップは２μｍであった。

さらに電子放出材料をバターニングするためのＣｒを抵
抗加熱法により１０００人厚入金面蒸着し、ホトリソグ
ラフィー技術を用い、電子放出部４の近傍（２５μｍＸ
１５０μｍ）のＣｒのみを除去するためのレジストパタ
ーンを形成した。その後エツチングにより所望のＣｒを
除去した。

エッチャントには硝酸セリウムアンモニウム、過塩素酸
水溶液を用いた。

次に電子放出材料であるパラジウムを有機パラジウム（
奥野製薬社製ＣＣＰ−４２３０）で分散塗布し、大気中
３００℃までの温度で１２分間焼成した。後上記エッチ
ャントを用い、放出材料パターニング用Ｃｒをエッチア
ウトした。

上記手法により作製した電子線発生装置及び該素子の上
方５ｍｍに配置された蛍光板と共に〜２ＸＩＣＭ’Ｔｏ
ｒｒの環境下において外部より蛍光板にＩＫＶの電圧を
印加し素子電極１，２間に１４Ｖの電圧パルスを印加し
たところ蛍光板に放出された電子ビームに対応するスポ
ット光が観察された。更に変調電極３に一４ＯＶ〜＋３
０Ｖの電圧を印加したところ電子ビーム量が連続的に変
化するのみならずビーム形状がＯ■以上で第３図のよう
に変化した。また変調電圧が一４ＯＶ以下でＯＦＦ制御
、＋３０ｖ以上でＯＮ制御が可能であった。

実施例２ 実施例１と全く同様にして第５図に示す制御部５を有す
る第４図の電子線発生装置を作製した。

尚、第１図及び第２図と同じ符号は同様の部材を示すも
のである。

この電子線発生装置を実施例１と同様に蛍光板と組み合
わせて、２Ｘ１０’Ｔｏｒｒの環境下において外部より
蛍光板にＩＫＶの電圧を印加し、素子電極１，２間に１
４Ｖの電圧パルスを印加したところ、蛍光板に放出され
た電子ビームに対応するスポット光が観察された。更に
変調電極３に一４Ｏｖ〜＋４０Ｖの電圧を印加したとこ
ろ、電子ビーム量が連続的に変化するのみならず、ビー
ム形状も０■以上第６図のように変化した。また変調電
圧が一４ＯＶ以下でＯＦＦ制御、＋４０ｖでＯＮ制御が
可能であった。

実施例３ 第７図に示す電子線発生装置を、絶縁性基板６として青
板ガラス（市川特殊ガラス社製）を用いて作製した。該
装置は電子放出素子をライン状に２ｍｍピッチで複数配
列し、且つ複数の変調電極３を該ライン状電子放出素子
に直交して配列し、素子配線電極８であるＣｕを厚さ２
μｍ積層した。各素子電極１，２近傍の変調電極３には
実施例１と同様に、第２図に示す制御部５がそれぞれ設
けられている。尚、第１図及び第２図と同じ符号は同様
の部材を示すものである。

１３はフェースプレートで、ガラス板等の透明絶縁板９
と、ＩＴＯ等の透明電極１０と、蛍光体等の発光体１１
と、メタルバック１２とから構成されている。但し、メ
タルバック８に関しては、冷陰極素子を用いた場合には
それ自身の発光がないため省略してもよい。

次に蛍光体１１を有するフェースプレート１３を上記装
置の絶縁性基板６から５ｍｍ離して設け、画像形成装置
を作製した。

発光体１１に１．５ＫＶの電圧を印加し、一対の素子配
線電極８に１４Ｖの電圧パルスを印加し、ライン状に並
べた複数の電子放出素子から電子を放出させた。これと
同時に情報信号として変調電極３に電圧を印加すること
により電子ビームをＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御した。

更にこの隣りの素子配線電極８に電圧パルスを印加し前
述の一ライン表示を行なった。これを順次行い一画面の
画像を形成した。つまり素子配線電極８を走査電極とし
て、走査電極と変調電極３でＸＹマトリクスを形成し画
像表示が可能であった。

実施例４ 第８図は本電子線発生装置を用いた光プリンターの説明
図で、図中１６は光信号供与装置で、第７図で説明した
表示装置と同様のもので、発光体１１　（第７図参照）
としてはＺｎＳｉＯ４：Ｍｎ（ＰＩ蛍光体）を用いた。

更に第８図について説明すると、ドラム状の被記録体１
７の周囲には、上記光信号供与装置１６の他に、帯電器
１８、現像器１９、除電器２ｏ及びクリーナー２１が設
けられている。この被記録体１７の電子写真用感光体と
してはアモルファスシリコン感光体を用いた。

まず、帯電器１８により、被記録体１７をプラス電圧に
帯電させる。帯電する電圧は、１００Ｖ〜５００Ｖが適
当であるが、これに限定されるものではない。

次に、光信号供与装置１６により、信号情報に応じて、
素子配線電極８（第７図参照）に電圧を印加し、発光パ
ターンを被記録体１７に照射して光照射部を除電し、静
電潜像パターンを形成する。

これに続いて、現像器１９により、トナーで被記録体１
７を現像する。

上記によってトナー粒子を吸着した部分は、被記録体１
７の回転と共に移動し、除電器２０によって帯電が解除
されると、吸着されていたトナーが落下する。この時、
被記録体１７と除電器２０の間には画像を形成すべき紙
２２が位置しており、トナーはこの紙２２上に落下され
る。

トナーを受は止めた紙２２は、定着装置（不図示）へと
移動し、ここでトナーが紙２２上へ定着され、紙２２上
に、光信号供与装置１６で表わされた画像が再現記録さ
れる。

一方、ドラム状の被記録体１７は、更に回転してクリー
ナー２１へと移動し、ここで残留するトナーが払い落さ
れ、更に帯電器１８によって帯電状態が形成されるもの
である。

以上述べた光プリンターは、高解像性及び高速性に優れ
、露光ムラがな（、高コントラストで鮮明な記録画像が
得られた。

実施例５ 第９図は本電子線発生装置を用いた他の光プリンターを
示すもので、図中２３は真空容器（例えばガラス製）、
２４はフェースプレート１３の発光体１１に電圧を印加
するための発光体用取り出し部、２５はリアプレート、
２６は変調電極３に電圧を印加するための変調電極用取
り出し部、２７は素子配線電極８に電圧を印加するため
の素子配線電極用取り出し部で、第１図、第２図及び第
７図における符号と同じ符号は同様の部材を示すもので
ある。

被記録体１７は、以下の組成よりなる感光性組成物をポ
リエチレンテレフタレート膜上に２μｍの厚さに均一塗
布することにより作製した。

組成物は、（ａ）バインダー：ポリエチレンメタクリレ
ート（三菱レーヨン社製［ダイヤールＢＲＪ）１０重量
部、（ｂ）モノマー：トリメチロールプロパントリアク
リレート（新中村化学社製ｒＴＭＰＴＡＪ　）ｌ　０重
量部、（ｃ）重合開始剤：２−メチル−２モルホリノ（
４−チオメチルフェニル）プロパン−１−オン（チバガ
イギー社製「イルガキュア９０７Ｊ　）２．２重量部の
混合組成で、溶媒としてメチルケトン７０重量部を使用
した。

フェースプレート１３の発光体１１は、けい酸塩蛍光体
（Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎ）３　Ｓｉ２０？　Ｐｂ”を用いた
。

また、光信号供与装置１６は実施例３のものと同様のも
のとした。

次に、本実施例に係る装置の駆動状態を説明する。

まず、被記録体１７は、第１０図（ａ）に示されるよう
に、ドラム状の支持体２８に支持された状態で、搬送ロ
ーラ２９によって移送されつつ光信号供与装置１６によ
る光の照射を受けて、所望の画像が形成されるものであ
る。また、第１０図（ｂ）に示されるように、被記録体
１７を搬送ローラ２９で必要量引き出した後、被記録体
１７側は停止したまま、光信号供与装置１６側を移動さ
せながら光の照射を行うことで、所望の画像を被記録体
１７に形成することもできる。ここで、光信号供与装置
１６と被記録体１７の間隔は、１ｍｍ以下であることが
好ましい。

本実施例では、電子放出素子の列を駆動するのに同期し
て、画像情報信号に応じて、変調電極３に画像ｌライ２
分の変調信号を印加し、画像１ライン分の発光パターン
を形成する。この発光パターンに従い、発光体１１から
放出された光は、被記録体１７に照射され、光の照射さ
れた被記録体１７は光重合して硬化する。

上記硬化後、搬送ローラ２９を動かし、新たな被記録体
１７の面を用意してから同様な駆動を繰り返し、画像１
ラインずつの光重合による硬化を行う。

上記駆動を行うことにより、画像情報信号に応じた光重
合パターンが被記録体１７上に形成される。そして、こ
の光重合パターンをメチルエチルケトンで現像すること
により、光記録パターンをポリエチレンテレフタレート
上に形成することができる。

本実施例の光プリンターにより、均一、高速、高コント
ラストで鮮明な光記録パターンが得られた。

［発明の効果］ 以上の様に、本発明の電子線発生装置は変調電極３の形
状を操作することにより電子ビームのコントロールを容
易にしたものであり、高品質な画像形成装置を構成する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜３図は本発明の一実施例の説明図、第４〜６図は
異なる実施例の説明図、第７図は本発明の電子線発生装
置を用いた画像形成装置の実施例の説明図、第８図は本
発明の電子線発生装置を用いた光プリンターの説明図、
第９図及び第１０図は本発明の電子線発生装置を用いた
他の光プリンターの説明図、第１１図は従来の表面伝導
形電子放出素子の基本構造を示す図である。 １．２：素子電極　　　３：変調電極 ４：電子放出部　　　　５：制御部 ６：絶縁性基板　　　　７：絶縁層 ８：素子配線電極　　　９：透明絶縁板１０：透明電極
　　　　１１：発光体 １２：メタルバック　　１３：フェースプレ−１４＝発
光体の輝点位置１５：導電性薄膜１６：光信号供与装置
　１７：被記録体１８：帯電器　　　　　１９：現像器 ２０：除電器　　　　　２１：クリーナー２２：紙　　
　　　　　２３：真空容器２４：発光体用取り出し部 ２５：リアプレート ２６：変調電極用取り出し部 ２７：素子配線電極用取り出し部 ト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電子放出素子と変調電極が絶縁層を介して積層さ
   れており、かつ該変調電極が非対称形であることを特徴
   とする電子線発生装置。
2. （２）表面伝導形電子放出素子であることを特徴とする
   （１）記載の電子線発生装置。